طول عمر ورق ژئوممبران

مهمترين پارامتر تعيين كننده طول عمر ورق ژئوممبران تخريب اكسيداسيون در طولاني مدت مي باشد. با شروع و پيشرفت واكنش اكسيداسيون، خواص فيزيكي و مكانيكي كاهش يافته و نهايتاً منجر به خرابي و عدم كارايي ژئوممبران مي شود. واكنش اكسيداسيون از طريق حذف اتم هيدروژن از زنجيره پليمري، تشكيل راديكال آزاد، واكنش با اكسيژن و تشكيل گروه هيدروپروكسيد رخ مي دهد. گروه هيدروكسيد ناپايدار بوده و به راحتي تجزيه شده و منجر به تشكيل راديكال هاي آزاد بيشتر مي شود و به اين ترتيب فرايند تخريب پليمر با سرعت بيشتري ادامه مي يابد. واكنش اسيداسيون شامل سه مرحله شروع، رشد و پايان مي باشد. تخريب اكسيداسيون ژئوممبران بر اين اساس در سه مرحله رخ مي دهد كه در شكل  نيزقابل مشاهده است.
۱. خروج آنتي اكسيدان ها
۲. زمان القاي اكسيداسيون
۳. تخريب و كاهش خواص مكانيكي

كاهش خواص مكانيكي با كاهش ميزان افزايش طول در شكست، تنش در نقطه شكست، افزايش جزئي تنش تسليم و كاهش افزايش طول در نقطه تسليم مي باشد. مدت زماني كه طول مي كشد تا خواص مكانيكي به ۵۰ درصد مقدار اوليه برسد را به عنوان طول عمر ورق ژئوممبران لحاظ مي كنند.
فرايند اكسيداسيون، واكنش خود شتاب دهنده است. با شروع اين واكنش، با گذشت زمان، سرعت آن افزايش يافته و كاهش جرم ملكولي و خواص مكانيكي سريعتر رخ مي دهد. به اين ترتيب با گذشت زمان رفتار پليمر به سمت رفتار شكننده سوق يافته و حساسيت ژئوممبران به ترك و تنش هاي محيطي افزايش مي يابد.

عوامل موثر بر اکسیداسیون ژئوممبران

1-شرایط محیطی

عواملي چون محيط و دماي كاربرد بر سرعت اين فرآيند مؤثر مي باشند . حضور آب، يون هاي فلزي چون مس و محلول هاي قليايي سرعت اين فرايند را به دليل كاهش انرژي اكتيواسيون افزايش مي دهند. به اين ترتيب كه مثلاً محلول هاي قليايي، به عنوان كاتاليزور عمل كرده و سبب هيدروليز گروه هاي استري آنتي اكسيدان هاي فنولي مي شوند و به اين ترتيب سرعت فرايند اكسيداسيون را افزايش مي دهند. به عنوان مثال سرعت خروج آنتي اكسيدان ها در تماس باشيرابه زباله ها ۴ برابر مقدار آن درهوا و ۱.۵ تا ۳ برابر مقدار آن در آب مي باشد.

بررسي اثر سرفكتانت نيز نشان مي دهد افزايش غلظت سرفكتانت در leachate از ۰.۰۵ به ۱ میلی لیترسبب افزايش شديد سرعت خروج آنتي اكسيدان شده و پس از آن با افزايش غلظت، تقريباً سرعت ثابت مي ماند .بنابراين مقدار اندكي سرفكتانت براي تسريع فرايند خروج آنتي اكسيدان كافي است

2- دمای کاربرد

افزايش دما به دليل تأمين انرژي اكتيواسيون، سرعت فرايند اكسيداسيون را افزايش مي دهد. به طوري كه هر ۱۰ درجه افزايش دما، سرعت اين فرايند را دو برابر مي كند.

مطالعات Needham وهمكارانش بر روی طول عمر ورق در دماهای مختلف در جدول زیر نشان داده شده است

طبق نتايج تحقيقات BAM آلمان روي ورق هاي ژئوممبران از طريق تست ورق در  هوا و آب در دمای ۸۰ درجه براي مدت ۱۳ و ۶ سال، طول عمر ورق ۳۰۰ سال تخمين زده شده است.

3-جنس ورق ژئوممبران

پارامتر ديگري كه روي زمان اكسيداسيون مؤثر مي باشد، جنس ژئوممبران مي باشد . به عنوان مثال ژئوممبران HDPE نسبت به LLDPE طول عمر بيشتري دارد و اين به دليل درصد بلورينگي بالاتر HDPE به عنوان مانعي بر سر نفوذ اكسيژن به مي باشد. حضور لايه هاي بلوري در ژئوممبران HDPEداخل ژئوممبران و خروج آنتي اكسيدان ها عمل كرده و سرعت اين فرآيند را كاهش مي دهد.
خروج آنتي اكسيدان ها از ژئوممبران نسبت به زمان تابعيت نمايي دارد.

OITt=OIT0e-st

با گرفتن لگاريتم از رابطه بالا رابطه زير حاصل مي شود:

Ln OITt=-st+Ln OIT0

بنابراين از روي شيب منحني لگاريتميOIT بر حسب زمان، سرعت خروج آنتي اكسيدان به دست مي آید. با محاسبه سرعت خروج آنتي اكسيدان ميتوان انرژي اكتيواسيون را محاسبه كرد.

با توجه به مطالب مذکور به نظر می رسد بایستی انتخاب ژئوممبران مناسب بر اساس طول عمر مورد نياز، دما و شرايط محيط  صورت پذيرد.